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雅克垂直起降战斗机发展回顾

2022-07-18

航空世界 2022年6期

高 飞

随着F-35在美、英等国海军服役,这款先进战机成为当今世界上唯一一款可在航母上进行垂直短距起降的隐身固定翼战斗机。该机独特的动力布局,使其拥有不同于传统固定翼舰载机的巨大优势。而在世界航空史上,苏联雅克福列夫设计局也曾独辟蹊径,历时30年,研发出雅克-36、雅克-38和雅克-41三代垂直起降飞机,为苏联舰载战斗机的发展做出了杰出贡献。

在博物馆展出的雅克-36垂直起降试验机,该机机头上伸出的“长矛”状设备,就是反推力喷嘴。

最初的探索——雅克-36

20世纪60年代,为了让军用飞机摆脱对机场的依赖,在核战条件下快速投入战斗,垂直起降飞机成为世界航空界的焦点,美、英、法、德等国纷纷投入大量资金研发垂直起降飞机。作为回应,同时为了适配1143型“基辅”级航母,1960年9月,苏联飞机设计师亚历山大·谢尔盖耶维奇·雅克福列夫向苏联国防部提出垂直起降飞机初步设计构想,并获批进行实机的的高压气体。该机机头的一个“长矛”状的设备,曾引起西方的广泛猜测,实际上就是反推力喷嘴。雅克-36还是苏联第一种装有全自动逃生系统的飞机。当时雅克福列夫设计局认为,该机在姿态转换飞行中很容易发生翻滚,造成严重事故。为此该机的自动逃生系统可以随时监控飞机的飞行状态:一旦飞机的俯仰和滚转速率超出限定值,该系统就会自动紧束飞行员的四肢,然后将其弹射出去,整个救生过程仅用时0.4秒。该系统为全自动工作,不受飞行员操纵。日后的实践证明,该系统具有重要作用,是航空救生技术发展研制与飞行试验,以验证并展示垂直起降技术的可行性,由此产生了雅克-36垂直起降试验机。该机验证了一系列垂直起降的关键技术,为后来该设计局的一系列舰载垂直起降战斗机奠定了基础。

雅克-36装有两台喷口可转向的R-27-300涡轮喷气发动机,单台起飞推力5300千克力。为了实现悬停和姿态转换状态的飞行控制,该机在机头、机尾和翼尖都安装了反推力喷嘴,动力则来自发动机压气机内史上的里程碑。

1963年1月9日,雅克-36进行了首次系绳悬停试验。6月23日,该机进行了首次无系绳悬停试飞。此后的试飞证明,该机的性能符合设计要求。同年7月27日,雅克-36完成了常规起降首飞。1966年3月24日,雅克-36完成了首次垂直起降试飞,这一天也被视为苏联固定翼垂直起降飞机的诞生日。1966年10月,雅克-36在库宾卡空军基地向苏联领导人进行了飞行表演,受到高度评价,该机的主要试飞员穆金也获得了“苏联英雄”称号。1967年7月9日,雅克-36在莫斯科航空节上进行了首次公开飞行表演,北约组织将其称为“自由画”。到1968年3月,雅克-36的试飞工作完成。

雅克-36共制造了4架原型机。其中产品-0用于静力试验。产品B-1是首架用于试飞的原型机,目前保存在俄罗斯空军博物馆。产品B-2是第二架用于试飞的原型机,于1963年6月25日在试验中坠毁。修复后,它被交给格罗莫夫试飞院,于1972年参加了模拟航母甲板试验,为1143型“基辅”号航母采集了大量数据。产品B-3是第三架用于试飞的原型机,主要用于培训试飞员,于1971年2月坠毁,未能修复。

雅克-36垂直起降试验机进行垂直起飞试验

展翅海天——雅克-38

当雅克-36的试飞取得一系列成功之后,苏联部长会议于1967年12月18日正式下达命令,要求雅克福列夫设计局研制可以批量装备空军和海军的改进型雅克-36M。

尽管名义上是雅克-36的改进型,但实际上雅克-36M是一种全新的飞机。该机的主要变化有:进气道改到机身两侧,以便在机头安装电子设备;动力装置改为两台升力发动机和一台装有可转向喷口的主发动机。

1970年9月22日,雅克-36M进行了常规方式首飞;9月26日完成了首次悬停试飞。1972年3月20日,雅克-36M完成了首次从悬停状态到巡航状态的转换试飞。11月18日,一架雅克-36M成功地在“莫斯科”号直升机航母上进行了垂直降落试验。11月22日,雅克-36M在“莫斯科”号进行了垂直起降全过程试验。1975年5月18日,雅克-36M首次在“基辅”号航母上进行了垂直着舰试验。5月20日,苏联国防部长格列奇科元帅亲自到“基辅”号观看雅克-36M的垂直起降试飞,并给予了高度评价。

1975年12月,“基辅”号航空母舰正式接收雅克-36M作为舰载机。1976年8月11日,苏联部长会议正式签署命令,允许该机投入批量生产,并正式定型为雅克-38。北约组织将其称为“铁匠”。需要说明的是,苏联海军将雅克-38划分为强击机,而西方则将其归类为战斗机。

1980年3月,苏联国防部长乌斯季诺夫正式下令,要求雅克-38前往阿富汗参战,这是该机服役过程中参加的唯一实战。苏联空军共接收了4架雅克-38前往阿富汗北部的辛丹德空军基地。1980年4月21日,这批飞机部署到位,到5月29日共完成了107架次实战测试。但测试结果却令苏联空军相当失望:该机在高原、高温环境下(如正午)无法垂直起飞,只能以短距滑行模式起飞;即使采用短距起飞模式,其载弹500千克时的作战半径也只有120千米;在垂直起飞时,发动机尾流对当地的钢板跑道产生了严重破坏,可部署特性大大低于预期。

雅克-38垂直起降战斗机原型机

雅克-38战斗机垂直起降时发动机的工作原理示意图

“基辅”号航空母舰上的雅克-38

进行地面展示的雅克-38M舰载垂直起降战斗机

因此,苏联空军拒绝装备雅克-38。而苏联海军在实际使用中也发现了相同的问题。尤其是当航母航行到热带海区时,雅克-38的起飞性能严重恶化。此外,苏联海军还认为,雅克-38的武器系统火力不足(只能携带近距离空空、空地导弹、常规炸弹、火箭弹,而且机上未安装火控雷达),无法与美国舰载战斗机对抗。

雅克-38最值得称道的是改进了自动救生系统。在服役期内,该机共发生37次飞行事故,累计弹射救生31次,全部成功,其中18次是自动弹射救生。1991年,雅克-38转为储备机,次年全部退役。

到1989年,雅克-38的总产量达到231架,主要有4种型号。其中原型机雅克-36M共制造了4架,1970年9月22日首飞。雅克-38为批量生产型舰载强击机,1974年9月30日首飞,从1974年至1982年共生产143架。雅克-38M是雅克-38的现代化改进型,换装了R-28V-300巡航发动机和RD-38升力发动机,可携带新式Kh-25MR空面导弹和副油箱。该机1982年12月8日首飞,共生产50架。雅克-38U(雅克-36MU)为双座教练机,1973年3月30日首飞,共生产39架。

雅克-41垂直起降战斗机装备的R-79V-300 涡轮风扇推力矢量发动机

雅克-41垂直起降战斗机进行地面发动机测试

F-35(右)与雅克-41(左)垂直起降时的同角度照片,可以看到两款飞机非常相似的动力布局形式。

冲击新高峰——雅克-41

当雅克-38还在研制时,雅克福列夫设计局就认识到该机的速度、航程、载弹量和火控系统都无法令人满意,于是从1975年起开始了新一代垂直起降战斗机雅克-41的研制工作。1977年11月,苏共中央和苏联部长会议正式批准研制超声速垂直起降战斗机,以取代雅克-38。1978年,雅克福列夫设计局开始设计雅克-41战斗截击机和雅克-41UT双座教练机。

雅克-38的最大缺点是发动机推力不足,只能以高亚声速飞行。为此,雅克福列夫设计局为雅克-41配备了一台R-79涡轮风扇发动机,最大加力推力达15500千克力,使雅克-41成为超声速飞机(马赫1.7)。而且R-79具有独特的可偏转喷口,可以在0°- 95°范围内偏转,以适应飞机平飞和垂直起降的需要。此外,雅克-41还装有2台RD-41升力发动机,单台推力4100千克力,只在垂直起降时工作。该机的武器系统有了较大改进,火控雷达改进自米格-29,并能使用与其相同的中距与近距空空导弹,首次具备了超视距空战能力。

但由于采用了很多新技术,导致雅克-41的研制进度滞后。1987年3月9日,该机进行了首次常规起降试飞,1990年6月13日又进行了首次垂直起降试飞。此后,雅克-41先后创造了12个垂直起降飞机的飞行性能世界纪录,尤其是最大平飞速度达到1800千米/小时,成为飞得最快的垂直起降飞机。为了保密,苏联政府在申报纪录时将该机称为雅克-141。北约组织称之为“自由式”。

1991年9月26日,雅克-41在“戈尔什科夫”号航母上进行了首次垂直降落试验。但在10月5日的试验中,该机发生了硬着陆事故,机体油箱破裂后在航母甲板上燃烧,试飞员雅基莫夫弹射跳伞逃生。苏联解体后,俄罗斯政府停止了向雅克-41项目的拨款。雅克福列夫公司开始向国外以雅克-141的代号推销该机。对其最感兴趣的是美国洛克希德·马丁公司,购买了该机的垂直起降技术用于研制F-35战斗机。但雅克福列夫公司始终未能找到批量购买该机的客户,到1995年不得不停止该机的研制工作。

雅克-41由萨拉托夫飞机制造厂制成4架原型机。其中首架原型机产品48-0是静力试验机;第二架原型机产品48-1用于地面发动机试验;第三架原型机产品48-2是首架用于试飞的原型机,目前在俄罗斯空军博物馆展出;第四架原型机产品48-3是第二架用于试飞的原型机,1991年10月5日发生事故后被修复成地面展示机,在雅克福列夫设计局博物馆展出。